成果四

成果名称：

异原子掺杂碳基固态动力电池产业化制备

 

成果简介：

商用石墨负极存在与电解液相容性差，不可逆容量较大，循环稳定性能差，大电流充放电性能差等缺点，制约了石墨作为锂电池负极材料的进一步应用，有必要对石墨负极进行改性处理。因此，本项目团队开发一种采水热处理和两步煅烧工艺制备出氮硫双掺杂多孔石墨烯/天然石墨复合材料，并采用与之匹配的固态电解质，规模化制备了异原子掺杂碳基固态动力电池。为适应产业化需求，减少生产成本，使用较为高效环保的尿素、硫代乙酰胺和抗坏血酸等作为掺杂剂和还原剂，利用一步法水热成功制备出少量氮硫共掺杂石墨烯改性天然石墨复合材料。天然石墨粒子被分散在具有丰富孔结构的3D石墨烯结构中，且它的独特结构可以提供超快的电子转移，电解质运输以及稳定的结构。这里制备的N、S共掺杂石墨烯/石墨作为免导电剂的负极材料用于锂离子电池，大大增强了它的电化学性能。同时为提高固体电解质的离子电导率与电极的界面相容性，采用溶液浇注法制备了不同LAGP-PEO-LiX体系固体复合电解质，确定了具有最佳综合性能的固体复合电解质的制备工艺并将其应用于全固态电池当中，研究了其电化学性能，为产业化制备提供条件。为实现产业化制备，项目负责团队探讨了异原子掺杂碳基复合材料作负极的浆料配方和制浆方法。并对与异原子掺杂碳复合负极材料相匹配的电解液体系进行了研究，获取了具有较好安全性和与之匹配性好的电解液体系。在项目执行期内，负责团队与合作企业江苏福瑞士有限公司完成了对异原子掺杂碳基固态动力电池投产运行。目前，该项目研发出的异原子掺杂碳材料的比容量可达到350mAh/g以上，全固态电池比能量大于180Wh/kg，循环寿命大于3200次，-20℃放电容量比超过75%。

 

技术特点：

1.提出利用有机硫、含杂原子聚合物或通过共价键将N、S等修饰到聚合物上获得前驱物原料，通过高温热解获得新型原位掺杂碳基材料。方法简单、原料丰富，一旦成功产品较容易规模化生产;

2.以聚合物PEO为基体，采用快离子导体、非晶聚合物对固态电解质进行改性，来降低PEO基固体聚合物电解质的结晶度，增加离子传输路径，提高锂离子浓度，从而有效的提高聚合物固态电解质的离子电导率和离子迁移数，以及全电池的循环倍率性能等;

3.提出对锂离子电池电极电解液界面特性进行研究，借此来进一步改善锂离子嵌入脱出性能及循环稳定性，以达到提升锂离子电池比容量及循环稳定性目的。

 

成果五

成果名称：

基于廉价材料的低功耗长寿命大功率电解制氢技术与装备

 

成果简介:

氢能是一种清洁能源，常规的碱水电解制氢技术存在着能耗高、使用寿命低等不足，且大量使用贵金属材料（如铂）。本技术成果采用廉价的镍基高活性催化材料作为电极，能够有效降低制氢的能耗，将其从当前的普遍5.5千瓦时/标准方氢气将至4.9千瓦时/标准方。而且通过往碱水电解液中加入添加剂的方法抑制了电极界面重构与腐蚀，延长了碱水电解槽的使用寿命（从当前的2年延长至4年）。

 

技术特点:

1.材料成本极低，是当前普遍采用的Ni、Fe电极成本的1/2以下，是铂基电极材料的十分之一以下；

2.通过加入无机盐、配位离子实现了制氢寿命的延长，减小运行能耗和更换耗材所需的时间消耗；

3.电极材料通过一步涂布工艺实现，可以流水化作业，节约了时间成本。

 

成果六

成果名称：

太阳能光热重整甲醇制氢技术

 

成果简介:

氢能是清洁能源，然而城市加氢站存在着巨大安全隐患。本技术成果基于新型催化材料，可利用太阳能在300℃温和条件使甲醇与水发生重整反应制氢，可以应用在加氢站等场合，即用即制，变存储氢气为存储甲醇。既安全，也可以解决当前甲醇市场饱和、库存大等压力。

 

技术特点:

1.完全使用太阳能，无需其它能源，设备一经安装以后低功耗运行，所需人工极少；

2.设计了基于太阳能捕集利用的甲醇制氢装置，在太阳光照不强的条件下也能利用余热制氢；

3.采用新型光热催化剂材料，能够充分降低甲醇与水蒸气重整反应的温度、节约能耗；

4.产氢纯度可高达99.99%以上，完全适合在燃料电池等高端应用场合对氢气纯度的要求。

 

成果七

成果名称：

新型碳基制氢催化剂和离子电池负极材料规模化开发

 

成果简介：

本技术成果基于新型碳材料优异制氢催化性能和在离子电池中较高能量密度和循环性能，而展开的规模化技术开发，目前已获得5-10公斤/天制备技术，可直接用于电解水复合电极和离子电池复合负极材料制备。

 

技术特点：

1.新型碳基复合催化剂可显著降低电解水两极过电位和制氢成本，产氢纯度可高达99.999%以上，完全适合在燃料电池等高端应用场合对氢气纯度的要求；

2.新型碳材料与硅等高能量密度负极材料复合、显著增强硅等负极材料的循环稳定性，大电流下循环400圈未明显衰减。

 

成果八

成果名称：

固体氧化物电解池/燃料电池技术新能源、储能

 

成果简介：

随着光伏、风能和水力发电等可再生能源大量应用，储能问题日益严峻，氢气储能作为一种能量密度大，清洁无污染的储能方式是未来重要的发展方向。固体氧化物电解池（SOEC）是当前效率最高的电解水方式之一，而固体氧化物燃料电池（SOFC）是应用氢气高效、清洁发电的关键技术，不过当前SOEC/SOFC技术尚处于技术成熟阶段。中国矿业大学固体氧化物燃料电池团队长期致力于SOEC/SOFC的研发，掌握了SOEC/SOFC从电池单体制备到系统集成，从微观结构优化到系统模拟分析等全流程技术，具有千瓦级SOEC/SOFC系统研发经历，具备了系统集成开发的能力，承担多项国家重点研发计划、省科技专项、基础科研基金等相关研究项目与课题，发表研究论文数十篇，拥有发明专利十余件。

 

技术特点:

1.解决了SOEC/SOFC电堆组装技术，完成了千万级电堆组装和运行；

2.开发了千瓦级SOEC/SOFC系统集成技术；

3.揭示了SOEC/SOFC内部多物理耦合作用机理，建立了一系列机理与系统模型，形成了电池优化和系统设计的方法。

 

成果九

成果名称：

三维氢氧化物/碳基超级电容器器件

 

成果简介：

针对目前碳基超级电容器器件能量密度低的问题，本课题组通过构筑多组元氢氧化物/碳基混合超级电容器，通过优化集流体、调节电极材料组元成分、改进电解液等多种手段，在兼顾了功率密度的同时，有效拓展了器件的能量密度。

 

技术特点：

本课题组使用三维纳米铜作为氢氧化物的集流体，有效提高了电极材料的导电性和比容量。该种三维纳米树枝晶铜集流体通过恒电压电沉积制备，可以实现成卷的大规模应用。本课题组详细探究了不同组元掺杂对电极材料性能的影响，探究出最佳组元成分及比例，得到高性能电极材料，其比容量在1Ag-1的电流密度下达到了1008Cg^-1。另外，本课题组通过在常规碳基电容器电解液中添加离子液体，有效拓宽了三维多组元氢氧化物//碳基混合超级电容器的电压窗口，较好的拓展了器件的能量密度。

 

成果十

成果名称：

新一代低碳智能在线监控锅炉燃烧技术

 

成果简介：

提出辐射传递分析的DRESOR法，构建炉内三维温度分布的定量模型，实现炉内燃烧三维温度场实时可视化检测。将火焰图像实时辐射能信号作为燃烧率检测信号，以辐射能信号为中间控制变量，构造燃烧优化控制系统。采用燃烧数值模拟计算为炉内受热面优化布置、优化设计提供所必需的参数。

 

技术特点：

碳达峰碳中和的热能动力装备领域的创新高科技产品，在国内外多家企业生产应用，可将传统工业锅炉的热效率提升3%，降碳（CO₂）幅度达3%以上，节能降碳效果显著。

 

成果十一

成果名称：

低碳可再生天然气协同CO₂地质封存技术

 

成果简介：

低碳可再生天然气协同CO₂地质封存（负碳排放）技术，该技术以煤层作为天然生物反应器，通过注入可再生碳源（如植物源有机废弃碳），微生物转化为产天然气，即为可再生能源，同时利用煤层吸附CO₂达到碳封存的效果。目前，该技术已经陆续在美国怀俄明州的粉河盆地开展多项现场测试工作，总投资金额超过100万美元。

 

技术特点：

以煤层为多孔介质实现可再生能源的生产和碳封存的协同效应。